在IGBT器件开启过程中，器件发射极经沟道向N-漂移区注入电子，经集电极向N-漂移区注入空穴。此时IGBT会承受高电压、大电流，易造成二次击穿现象。而器件FBSOA就是描述IGBT器件在这种状态下的安全工作范围，即在饱和ICE的最大集电极-发射极阻断电压定义了器件的FBSOA。
FBSOA存在的物理机制
当IGBT在感性电路中且处于开启过程，FBSOA限制了可安全工作的电流电压范围。这是因为器件栅极处于开启状态，所以发射极经沟道向N-漂移区注入电子，集电极向N-漂移区注入空穴。又因此时IGBT集电极相较于发射极还是处于高压状态，那么N漂移区和深Pwell反偏就会形成宽空间电荷区。又因为空间电荷区承受着高电场，电子和空穴将会以饱和漂移速度进行漂移，此时空间电荷区内的电子和空穴浓度为：
Jn和Jp分别是N-漂移区内电子和空穴的电流分量。而决定空间电荷区中电场分布的净正电荷为：
式中，ND是N-漂移区内的掺杂浓度。N+决定了IGBT中N-漂移区中的电场分布。
在FBSOA条件下，N+的大小比正向阻断状态时的大得多，因为在IGBT中，空穴电流分量是大于电子电流分量（P>>n）。在Si中，电子和空穴的饱和速度基本一致，所以在空间电荷区中空穴浓度Psc大于电子浓度nsc。最终，净正电荷浓度超过了施主浓度，这就增加了深Pwell和N-漂移区的PN结的电场强度。
所以基于空间电荷区中的净电荷，N-漂移区的雪崩击穿电压可以表示为：
这个击穿电压值是小于器件关断时的雪崩击穿电压，并且BVFBSOA随着集电极电流密度的增加而减小。因为空间电荷区的净正电荷密度随着集电极电流密度的增加而增加，并且雪崩电流会被PNP寄生晶体管的增益放大。所以，FBSOA被器件的电流增益和雪崩倍增因子所限制。
考虑到寄生晶体管的电流增益αpnp，FBSOA的极限为：
其中，
W为N-漂移区未耗尽宽度。
上述的方程表明，在集电极-发射极电压升高的情况下，IGBT元胞的雪崩击穿是在较低的集电极-发射极电压VCE下随集电极-发射极电流ICE上升开始的。
FBSOA的限制条件
一般而言，IGBT的FBSOA的限制条件有三种，如下图所示。
1、在低集电极偏置电压下的闩锁电流密度；
2、器件的关态雪崩击穿电压；
3、器件电流处于饱和区状态下的雪崩击穿电压；
N型IGBT结构在大的栅极偏置电压下进入闩锁模式，而在小的栅极偏置电压下进入关态雪崩击穿模式，因寄生PNP晶体管的增益放大，随着集电极偏置电压增大，闩锁电流密度的边界逐渐减小，在这两种模式之间就存在了一个小区域，空间电荷区内的可动载流子存在，故FBSOA就限制了这里。
FBSOA的实例
对称结构的N型IGBT器件的输出特性曲线如下图所示。从图中可以看到，器件的电流饱和状态下的输出电阻是集电极偏置的函数。栅极电压越大，器件的饱和电流越大，但是器件的雪崩击穿电压也随之下降，因为空间电荷区中的电场增大、空穴浓度增加。下图中的虚线就是FBSOA的边界。
非对称结构的N型IGBT器件的输出特性曲线如下图所示。此器件在电流饱和状态下的输出电阻大于对称结构IGBT。当栅极电压增加时，集电极电流增大，且器件能够承受更大的集电极偏置。所以非对称IGBT器件的FBSOA区域大于对称结构的IGBT器件。
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